JP2005256713A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子物質の捕集器での燃え残りを少なくし、次回の再生時に捕集器の温度が過剰に上昇するのを抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１０は、同エンジン１０から排出される微粒子物質を捕集する第２触媒コンバータ３３を排気通路１４に備える。排気浄化装置１１は、排気燃料添加弁３１から未燃燃料を排気通路１４に供給して、第２触媒コンバータ３３に堆積した微粒子物質を燃焼除去することにより同第２触媒コンバータ３３を再生させる。排気浄化装置１１では、エンジン１０の運転状態に基づき第２触媒コンバータ３３での微粒子物質の堆積量を推定し、その推定した堆積量に基づき微粒子物質の燃焼除去の終了を予測する。そして、終了の予測後に排気燃料添加弁３１から排気通路１４に未燃燃料を間欠的に供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置に関し、より詳しくは、排気通路に設けた捕集器により排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するようにした内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気浄化装置として、排気中に含まれる微粒子物質（ＰＭ）を排気通路途中の捕集器によって捕集するとともに、堆積した微粒子物質を燃焼除去して捕集器を再生する再生制御を行うものが知られている。この再生制御に際しては、捕集器に堆積する微粒子物質の量（堆積量）が内燃機関の運転状態に基づいて推定される。そして、推定された堆積量が所定値以上であることを含む所定の再生条件が満たされると、機関駆動用の燃料噴射弁とは別に設けられた排気燃料添加弁から排気通路の捕集器よりも上流に燃料が添加される。この添加燃料が捕集器にて燃焼されて熱を発生する。この熱によって捕集器の温度が微粒子除去可能温度（６００℃程度）まで上昇し、微粒子物質が燃焼除去されて捕集器が再生される。

上記排気浄化装置に関連する技術として、例えば特許文献１には、捕集器の上流に酸化触媒等の排気浄化触媒を設け、排気空燃比を適当な間隔でリッチとリーンとに繰り返し制御することにより微粒子物質を燃焼除去することが記載されている。

なお、本発明に係る先行技術文献としては、上記特許文献１のほかにも下記の特許文献２及び特許文献３が挙げられる。
特開２００２−２２７６８８号公報 特開２００２−３３２８２２号公報 特開２００３−２０９３０号公報

ところが、排気浄化触媒の上流端には未燃燃料が付着しやすい。この付着した未燃燃料を完全に燃焼し尽くことは難しくデポジットとして残る。これは次の理由による。排気浄化触媒及び捕集器については、排気浄化触媒の上流端では温度が低く下流側になるほど温度が高くなる温度分布となる。そのため、捕集器の温度が捕集機能を発揮する温度領域の上限値（高温限界温度）よりも高くなるのを抑制する観点からは、排気浄化触媒の温度を上げようにも限度がある。この温度は添加した燃料を燃焼する温度には達しても、デポジットを燃焼する温度に達しない。そのため、添加した燃料は燃焼するもののデポジットが燃焼せずに残る。

上記のようにして残ったデポジットは排気浄化触媒の反応性を低下させ、捕集器での微粒子物質の燃え残りを誘発する。その結果、次回の捕集器の再生に際し、燃料添加に伴い排気空燃比がリッチにされたときに、捕集器に燃え残っていた微粒子物質が一気に燃焼し、捕集器の温度が過剰に上昇（過昇温）するおそれがある。こうした不具合は、捕集器の上流に排気浄化触媒が設けられていない場合にも同様にして起こり得る。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、微粒子物質の捕集器での燃え残りを少なくし、次回の再生時に捕集器の温度が過剰に上昇するのを抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、内燃機関の排気通路に微粒子物質の捕集器を設け、未燃燃料を前記排気通路に供給して同捕集器に堆積した微粒子物質を燃焼除去することにより同捕集器を再生させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、前記微粒子物質の燃焼除去の終了を予測する予測手段と、前記予測手段による予測後に前記排気通路に未燃燃料を供給する予測後供給手段とを備えている。

上記の構成の排気浄化装置によれば、内燃機関から排出される排気中の微粒子物質が、排気通路に設けられた捕集器で捕集される。一方、前記排気通路には未燃燃料が供給されて、捕集器に堆積した微粒子物質が燃焼される。この燃焼により捕集器に堆積した微粒子物質が除去されて、その捕集器が再生される。

ところで、排気通路において捕集器の上流側に排気浄化触媒が設けられていない場合にはその捕集器の上流端に未燃燃料が付着しやすい。また、捕集器の上流側に排気浄化触媒が設けられている場合には、その排気浄化触媒の上流端に未燃燃料が付着しやすい。こうした未燃燃料を完全に燃焼し尽くすことは難しくデポジットとして残る場合がある。このデポジットは捕集器での微粒子物質の燃え残りを誘発する。

この点、請求項１に記載の発明では、上記排気浄化装置による捕集器の再生に際し、予測手段により微粒子物質の燃焼除去の終了が予測されると、その予測後にも予測後供給手段により未燃燃料が供給される。この未燃燃料により、捕集器の燃え残りの微粒子物質を完全に燃焼除去することが可能となる。そのため、この燃え残りの微粒子物質が除去されずに次回の捕集器の再生時まで残り続けることによる不具合、すなわち、同再生時に同微粒子物質が一気に燃焼して捕集器の温度が過剰に上昇する現象を抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記内燃機関の運転状態に基づき前記捕集器での微粒子物質の堆積量を推定する堆積量推定手段をさらに備え、前記予測手段は、前記堆積量推定手段による微粒子物質の堆積量に基づいて、前記微粒子物質の燃焼除去の終了を予測するものであるとする。

上記の構成によれば、捕集器への微粒子物質の堆積が進行するに従い同捕集器における微粒子物質の堆積量が増大する。これに対し、未燃燃料による微粒子物質の燃焼除去が進行すると、捕集器に堆積している微粒子物質の量が減少する。そして、堆積量が「０」になれば、捕集器に堆積した微粒子物質が燃焼し尽くしたと考えられる。

この点、請求項２に記載の発明では、捕集器に堆積している微粒子物質の堆積量が堆積量推定手段によって推定される。この推定は、内燃機関の運転状態に基づいて行われる。予測手段では、堆積量推定手段によって推定された堆積量に基づいて微粒子物質の燃焼除去の終了が予測される。従って、推定された堆積量と所定値、例えば「０」よりもわずかに大きな値とを比較し、堆積量がその所定値以下である場合に燃焼除去が終了間近であることを予測可能である。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記排気通路における前記捕集器よりも上流側の排気圧力と、同捕集器よりも下流側の排気圧力との差圧を検出する差圧検出手段をさらに備え、前記予測手段は、前記差圧検出手段による差圧に基づいて、前記微粒子物質の燃焼除去の終了を予測するものであるとする。

排気浄化装置では、捕集器への微粒子物質の堆積が進行するに従い、この微粒子物質が排気の流れの妨げとなり、排気の流動抵抗が増加する。これに伴い、排気通路における捕集器よりも上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧（圧力損失）が大きくなる。この差圧は、未燃燃料による微粒子物質の燃焼除去が進行して、捕集器に堆積している微粒子物質の量が減少するに従い小さくなる。

この点、請求項３に記載の発明では、排気通路における捕集器よりも上流側の排気圧力と、下流側の排気圧力との差圧が差圧検出手段によって検出される。予測手段では、差圧検出手段によって検出された差圧に基づいて微粒子物質の燃焼除去の終了が予測される。従って、例えば検出された差圧と所定値とを比較し、差圧がその所定値未満である場合に燃焼除去が終了間近であることを予測可能である。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記排気通路の前記捕集器よりも上流に設けられた排気浄化触媒をさらに備え、前記未燃燃料は前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流に供給されるとする。

上記の構成によれば、内燃機関から排出される排気は、捕集器よりも上流側に配置された排気浄化触媒を通過する過程で浄化される。また、排気中の微粒子物質は捕集器で捕集される。一方、捕集器で捕集された微粒子物質は、排気通路において排気浄化触媒よりも上流に供給される未燃燃料により燃焼される。この燃焼により、捕集器により堆積した微粒子物質が除去される。

ところで、上記のように微粒子物質の燃焼除去を目的として供給される未燃燃料は、排気浄化触媒の上流端に付着しやすい。こうした未燃燃料を完全に燃焼し尽くすことは難しくデポジットとして残る場合がある。このデポジットは排気浄化触媒の反応性を低下させ、捕集器での微粒子物質の燃え残りを誘発する。

この点、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明の項で記載したように、捕集器の再生に際し、予測手段により微粒子物質の燃焼除去の終了が予測された後にも予測後供給手段により未燃燃料が供給される。この未燃燃料により、捕集器の燃え残りの微粒子物質を完全に燃焼除去することが可能となる。従って、燃え残りの微粒子物質が除去されずに次回の捕集器の再生時まで残り続けて、同再生時に同微粒子物質が一気に燃焼して捕集器の温度が過剰に上昇する現象を抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記未燃燃料は、供給期間及び供給停止期間からなる燃料供給サイクルに基づき間欠的に前記排気通路に供給されるものであるとする。

排気通路において捕集器の上流側に排気浄化触媒が設けられていない場合には、その捕集器の上流端に未燃燃料が付着し、デポジットして残りやすい。これに対し、捕集器の上流側に排気浄化触媒が設けられている場合には、その排気浄化触媒の上流端に未燃燃料が付着し、デポジットして残りやすい。このようにして付着したデポジットを除去するために、仮に、単に未燃燃料の供給量を増量すると、捕集器の上流端又は排気浄化触媒の上流端を昇温させてデポジットを除去可能であるが、それよりも下流側の部位ではさらに昇温して、温度が過剰に高くなって捕集器等を劣化させるおそれがある。

この点、請求項５に記載の発明では、未燃燃料が燃料供給サイクルに基づいて排気通路に間欠的に供給される。正確には、燃料供給サイクルの供給期間には未燃燃料が供給され、供給停止期間には未燃燃料の供給が停止される。初回の供給期間に供給される未燃燃料の燃焼に伴い発生する熱は、排気浄化触媒の上流端又は捕集器の上流端の昇温に消費され、その分、下流側の部位の昇温が遅れる。そのため、初回の燃料供給サイクルにおける供給期間の直後には、排気浄化触媒及び／又は捕集器について、上流側の温度が下流側の温度よりも一時的に高くなる。そして、燃料供給サイクルを繰り返すことで、上下流方向の部位に拘わらず同程度の温度分布となる。結果として、捕集器等の熱による劣化を抑制しつつデポジット及び燃え残りの微粒子物質をともに燃焼除去することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発明において、前記排気通路における前記捕集器よりも上流側の排気圧力と、同捕集器よりも下流側の排気圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、前記予測手段による終了予測時における前記差圧検出手段による差圧と所定値とを比較する比較手段とをさらに備え、前記予測後供給手段は、前記比較手段による比較結果に応じて排気通路への未燃燃料の供給態様を切り替えるものであるとする。

排気浄化装置では、捕集器への微粒子物質の堆積が進行するに従い、この微粒子物質が排気の流れの妨げとなり、排気の流動抵抗が増加する。これに伴い、排気通路における捕集器よりも上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧（圧力損失）が大きくなる。この差圧は、未燃燃料による微粒子物質の燃焼除去が進行して、捕集器に堆積している微粒子物質の量が減少するに従い小さくなる。

この点、請求項６に記載の発明では、排気通路における捕集器よりも上流側の排気圧力と、同捕集器よりも下流側の排気圧力との差圧が差圧検出手段によって検出される。比較手段では、予測手段によって微粒子物質の燃焼除去の終了が予測されたとき、差圧検出手段によって検出された差圧と所定値とが比較される。そして、予測後供給手段では、この比較手段による比較結果に応じて、すなわち、差圧と所定値との大小関係に応じて、排気通路への未燃燃料の供給態様が切り替えられる。従って、常に単一の態様で未燃燃料を供給する場合に比べ、捕集器での微粒子物質の燃え残り量に応じて、適切な態様での燃焼除去が可能となる。

請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の発明において、前記予測後供給手段は、前記比較手段により前記差圧が所定値以上であると判定されたときには、前記捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす燃料量よりもわずかに多い量の未燃燃料を供給する一方、前記差圧が前記所定値未満であると判定されたときには、所定の量の未燃燃料を供給するものであるとする。

上記の構成によれば、比較手段により差圧が所定値以上であると判定された場合には、微粒子物質の燃焼除去が終了したと予測された後も未だある程度の微粒子物質が捕集器に残存していると考えられる。この場合には、捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす燃料量よりもわずかに多い量の未燃燃料が供給される。この供給により、捕集器に残存している微粒子物質が確実に燃焼除去される。

一方、比較手段により差圧が所定値未満であると判定された場合には、微粒子物質の燃焼除去が終了したと予測された後に捕集器に残存している微粒子物質の量はわずかであると考えられる。この場合には、残存している微粒子物質の量に拘わらず所定の量の未燃燃料が供給される。この供給により捕集器に残存している微粒子物質が燃焼除去される。この際、供給される未燃燃料の量が所定量に制限されることから、未燃燃料がいたずらに多く供給されることによる燃費悪化が抑制される。

請求項８に記載の発明では、請求項６に記載の発明において、前記未燃燃料は、供給期間及び供給停止期間からなる燃料供給サイクルに基づき前記排気通路に供給され、前記予測後供給手段は、前記比較手段により前記差圧が所定値以上であると判定されたときには、前記捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす前記燃料供給サイクルの持続時間よりもわずかに長く前記未燃燃料の供給を持続する一方、前記差圧が前記所定値未満であると判定されたときには、前記燃料供給サイクルを所定回数行うものであるとする。

上記の構成によれば、比較手段により差圧が所定値以上であると判定された場合には、微粒子物質の燃焼除去が終了したと予測された後も未だある程度の微粒子物質が捕集器に残存していると考えられる。この場合には、捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす燃料供給サイクルの持続時間よりもわずかに長く未燃燃料の供給が持続される。この持続により、捕集器に残存している微粒子物質が確実に燃焼除去される。

一方、比較手段により差圧が所定値未満であると判定された場合には、微粒子物質の燃焼除去が終了したと予測された後に捕集器に残存している微粒子物質の量はわずかであると考えられる。この場合には、捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす燃料供給サイクルの持続時間に拘わらず燃料供給サイクルが所定回数行われる。この所定回数の燃料供給サイクルの実施により捕集器に残存している微粒子物質が燃焼除去される。この際、実施される燃料供給サイクルの回数が所定回数に制限されることから、燃料供給サイクルがいたずらに継続されることによる燃費悪化が抑制される。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施形態が適用される内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０及びその排気浄化装置１１の構成を示している。エンジン１０は、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。吸気通路１２の最上流部には、同吸気通路１２に吸入された空気を浄化するエアクリーナ１５が設けられている。エンジン１０においては、エアクリーナ１５から吸気下流側に向けて順に、吸気通路１２内の空気の流量を検出するエアフロメータ１６、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７Ａ、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。そして、吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の吸気下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐されており、この分岐部分を通じて、エンジン１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。

各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２１がそれぞれ設けられている。各燃料噴射弁２１には、燃料供給路２２を通じて燃料タンク２３から燃料が供給される。燃料供給路２２には、燃料タンク２３から燃料を吸引して加圧吐出する燃料ポンプ２４、及びその吐出された高圧燃料を蓄圧する高圧燃料配管であるコモンレール２５が設けられている。そして、各気筒の燃料噴射弁２１はコモンレール２５にそれぞれ接続されている。

一方、排気通路１４には、各気筒から排出された排気を集合させるための排気マニホールド２６、及びターボチャージャ１７のタービン１７Ｂが設けられている。
さらに、エンジン１０には、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）装置５０が採用されている。ＥＧＲ装置５０は、吸気通路１２と排気通路１４とを連通させるＥＧＲ通路２７を備えて構成されている。ＥＧＲ通路２７の上流側は、排気通路１４の排気マニホールド２６とタービン１７Ｂとの間に接続されている。ＥＧＲ通路２７の途中には、その上流側から順に、再循環される排気を浄化するＥＧＲクーラ触媒２８、再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラ２９、再循環される排気の流量を調整するＥＧＲ弁３０が配設されている。そしてＥＧＲ通路２７の下流側は、吸気通路１２の吸気絞り弁１９と吸気マニホールド２０との間に接続されている。

こうしたエンジン１０では、吸気通路１２に吸入された空気が、エアクリーナ１５で浄化された後、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１７Ａに導入される。コンプレッサ１７Ａでは、導入された空気が圧縮され、インタークーラ１８に吐出される。圧縮によって高温となった空気は、インタークーラ１８にて冷却された後、吸気絞り弁１９及び吸気マニホールド２０を介して各気筒の燃焼室１３に分配供給される。こうした吸気通路１２内の空気の流量は吸気絞り弁１９の開度制御を通じて調整される。また、その空気の流量、すなわち吸入空気量はエアフロメータ１６により検出される。

空気の導入された燃焼室１３では、各気筒の圧縮行程において燃料噴射弁２１から燃料が噴射される。そして、吸気通路１２を通じて導入された空気と燃料噴射弁２１から噴射された燃料との混合気が燃焼室１３内で燃焼される。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン５１が往復動され、出力軸であるクランクシャフト５２が回転されて、エンジン１０の駆動力（出力トルク）が得られる。エンジン１０には、クランクシャフト５２の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥを検出するＮＥセンサ４２が設けられている。ＮＥセンサ４２は、エンジン１０のクランクシャフト５２に装着されたロータと、その近傍に配設された電磁ピックアップとを備えている。電磁ピックアップは、クランクシャフト５２の回転に伴いロータが回転して、そのロータ外周の突起が電磁ピックアップの前方を通過する毎にパルス信号（ＮＥパルス）を出力する。そして、一定時間内にＮＥセンサ４２から出力されるＮＥパルスの数に基づいてエンジン回転速度ＮＥが求められる。

各気筒の燃焼室１３での燃焼により生じた排気は、排気マニホールド２６を通じてターボチャージャ１７のタービン１７Ｂに導入される。この導入された排気の流勢によってタービン１７Ｂが駆動されると、吸気通路１２に設けられたコンプレッサ１７Ａが連動して駆動され、上記空気の圧縮が行われる。

一方、上記燃焼により生じた排気の一部はＥＧＲ通路２７に導入される。ＥＧＲ通路２７に導入された排気は、ＥＧＲクーラ触媒２８で浄化され、ＥＧＲクーラ２９で冷却された後、吸気通路１２の吸気絞り弁１９の吸気下流側の空気中に再循環される。こうして再循環される排気の流量は、ＥＧＲ弁３０の開度制御を通じて調整される。

上記のようにしてエンジン１０が構成されている。次に、このエンジン１０から排出される排気を浄化するための排気浄化装置１１について説明する。排気浄化装置１１は、排気燃料添加弁３１を備えるほか、排気浄化触媒として３つの触媒コンバータ（第１触媒コンバータ３２、第２触媒コンバータ３３、及び第３触媒コンバータ３４）を備えて構成されている。

最上流の第１触媒コンバータ３２は請求項における排気浄化触媒に相当するものであり、タービン１７Ｂの排気下流側に配設されており、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。第１触媒コンバータ３２では、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを吸蔵するとともに、還元剤となる未燃燃料成分の供給によりその吸蔵した窒素酸化物ＮＯｘを還元して浄化する。第２触媒コンバータ３３は第１触媒コンバータ３２の排気下流側に配設されている。第２触媒コンバータ３３は請求項における捕集器として機能するものであり、排気中のガス成分の通過を許容し、かつ同排気中の微粒子物質ＰＭの通過を阻止する多孔質材によって形成されており、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。なお、ここでは第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３が一体に形成されている。第３触媒コンバータ３４は第２触媒コンバータ３３の排気下流側に配設されている。第３触媒コンバータ３４には、排気中の炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化を通じて排気の浄化を行う酸化触媒が担持されている。

排気燃料添加弁３１は排気マニホールド２６の排気集合部に配設されている。また、排気燃料添加弁３１は、燃料通路３５を通じて前記燃料ポンプ２４に接続されており、同燃料ポンプ２４から供された燃料を還元剤として排気中に噴射して添加する。この添加された燃料により排気を一時的に還元雰囲気として第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３に吸蔵されている窒素酸化物ＮＯｘを還元浄化する。さらに、第２触媒コンバータ３３では微粒子物質ＰＭの浄化も同時に実行する。

なお、排気通路１４において第１触媒コンバータ３２と第２触媒コンバータ３３との間の空間には、同空間を通過する排気の温度、すなわち第２触媒コンバータ３３に流入する前の排気の温度を検出する排気温センサ３６が配設されている。また、排気通路１４において第２触媒コンバータ３３よりも下流の空間には、同空間を通過する排気の温度、すなわち第２触媒コンバータ３３を通過した直後の排気の温度を検出する排気温センサ３７が配設されている。また排気通路１４には、第２触媒コンバータ３３の排気上流側における排気圧力と排気下流側における排気圧力との差圧ΔＰを検出する差圧検出手段としての差圧センサ３８が配設されている。差圧センサ３８によって検出される差圧ΔＰは、第２触媒コンバータ３３の内部の目詰まりを検出するために用いられる。さらに、排気通路１４の第１触媒コンバータ３２の排気上流側、及び第２触媒コンバータ３３と第３触媒コンバータ３４との間には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ３９，４０がそれぞれ配設されている。

以上説明したエンジン１０及び排気浄化装置１１の制御は電子制御装置４１によって行われる。電子制御装置４１は、エンジン１０の制御に係る各種処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータが記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの処理結果等が記憶されるＲＡＭ、外部との情報のやり取りを行うための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置４１の入力ポートには、上述した各センサに加え、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ４３、コモンレール２５の内圧を検出するコモンレールセンサ４４、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ４５等が接続されている。

また、電子制御装置４１の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９や燃料噴射弁２１、燃料ポンプ２４、排気燃料添加弁３１、ＥＧＲ弁３０等が接続されている。そして電子制御装置４１は、上記各センサの検出結果に基づき、それら出力ポートに接続された機器類を制御することで、エンジン１０の各種運転制御を実施する。各種運転制御には燃料噴射弁２１による燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御が含まれるほか、排気の浄化に係る制御等が含まれている。

この排気の浄化に係る制御の１つとして電子制御装置４１は排気浄化触媒に対する制御を実行する。この制御には、触媒再生制御モード、硫黄被毒回復制御モード、ＮＯｘ還元制御モード、及び通常制御モードという４つの触媒制御モードが設定されており、電子制御装置４１は触媒コンバータ３２〜３４の状態に応じた触媒制御モードを選択して実行する。

触媒再生制御モードとは、特に第２触媒コンバータ３３内に堆積している微粒子物質ＰＭを燃焼させて二酸化炭素ＣＯ2 と水Ｈ2 Ｏにして排出する制御を行うモードである。このモードは、第２触媒コンバータ３３に堆積した微粒子物質ＰＭの重量（推定堆積量ＰＭｓｍ）が所定の値（開始判定値ＰＭｓｔａｒｔ）以上となることを少なくとも条件に開始され、同推定堆積量ＰＭｓｍが「０〔ｇ〕」又はそれに近い値（終了判定値ＰＭｅｎｄ）以下になることを条件に終了される。

ここで、推定堆積量ＰＭｓｍは、別途の処理において次式（１）に基づいて算出される。
ＰＭｓｍ ← Ｍａｘ［ＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ，「０」］ ・・・（１）
上記式（１）中、右辺の推定堆積量ＰＭｓｍは、前回の処理時に算出された推定堆積量ＰＭｓｍである。

ＰＭｅは、１回の処理が行われる期間にエンジン１０の全燃焼室１３から排出される微粒子物質ＰＭの量（エンジン排出量）であり、例えば、エンジン回転速度ＮＥ及び負荷（ここでは燃料噴射弁２１からの燃料噴射量）と、エンジン排出量ＰＭｅとの関係を予め規定したマップに基づいて求められる。

ＰＭｃは、１回の処理が行われる期間に第２触媒コンバータ３３に捕集された微粒子物質ＰＭが酸化により浄化される量（酸化量）であり、例えば、第２触媒コンバータ３３の触媒床温（ここでは排気温センサ３７による排気温）及び吸入空気量ＧＡと、酸化量ＰＭｃとの関係を予め規定したマップに基づいて求められる。

また、右辺のＭａｘは［ ］内の数値の内で大きい方の数値を抽出する演算子である。従って、「ＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ」がプラスであれば、「ＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ」の値が推定堆積量ＰＭｓｍとして設定されるが、マイナスになると推定堆積量ＰＭｓｍには「「０」ｇ」が設定される。電子制御装置４１による上述した推定堆積量ＰＭｓｍを算出する処理は、堆積量推定手段に相当する。

触媒再生制御モードが設定されると、空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも高い状態で、排気燃料添加弁３１からの燃料添加を継続的に繰り返して触媒温度（触媒床温）を高温化（６００〜７００℃）する。この処理を、後述するバーンアップ触媒再生処理と区別するために、通常の触媒再生処理という。

ここで、推定堆積量ＰＭｓｍに基づいて未燃燃料を供給して微粒子物質ＰＭの燃焼除去を行った場合、その推定堆積量ＰＭｓｍが実際の堆積量に対し少ない側へ乖離していると、微粒子物質ＰＭが完全に燃焼除去されずに燃え残るおそれがある。この乖離の要因の１つとして、第１触媒コンバータ３２の上流端での未燃燃料の付着が挙げられる。この付着した未燃燃料を完全に燃焼し尽くすことは難しくデポジットとして残る場合がある。これは次の理由による。図２（Ｂ）において実線で示すように、一般に、図２（Ａ）に示すように配置された第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３については下流側ほど温度が高くなる温度分布となる。そのため、第２触媒コンバータ３３の温度が捕集機能を発揮する温度領域の上限値（高温限界温度）よりも高くなるのを抑制する観点からは、第１触媒コンバータ３２の上流端の温度を上げようにも限度がある。この温度は添加した燃料を燃焼する温度には達しても、デポジットを燃焼する温度に達しない。そのため、添加した燃料は燃焼するもののデポジットが燃焼せずに残る。

このデポジットは、第２触媒コンバータ３３での微粒子物質ＰＭの燃え残りを誘発し、この燃え残りにより推定堆積量ＰＭｓｍが実際の堆積量から乖離する。そこで、デポジットを除去することが重要である。デポジットの燃焼除去には、第１触媒コンバータ３２の上流端を昇温させることが有効である。しかし、単純に未燃燃料の供給量を増やすと、同図２（Ｂ）の二点鎖線で示すように、第１触媒コンバータ３２の上流端を昇温させることができるものの、第２触媒コンバータ３３の温度が高くなって、その下流側の部位では過昇温が発生するおそれがある。そのため、この方法を採用することは現実的ではない。

この点、本実施形態では、通常の触媒再生処理による微粒子物質ＰＭの燃焼除去の終了を予測した後にも排気通路１４に未燃燃料を供給（間欠添加）することで、燃え残っている微粒子物質ＰＭを完全に燃焼除去するようにしている。このように、微粒子物質ＰＭを燃え尽くすための処理をバーンアップ（ＢＵ）触媒再生処理という。

バーンアップ触媒再生処理では、燃料を供給する供給期間と、その燃料供給を停止する供給停止期間とからなる燃料供給サイクルを実行することで、排気燃料添加弁３１から排気通路１４に未燃燃料を間欠的に供給する。この間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする処理を、全く燃料添加を行わない期間を間において行う。ここでは、ストイキよりもわずかに低い空燃比とするリッチ化を行うようにしている。

初回の燃料供給サイクルの供給期間に供給される未燃燃料が燃焼され、それに伴い熱が発生する。この熱は、第１触媒コンバータ３２の上流端の昇温に消費され、その分、下流側の部位、特に第２触媒コンバータ３３の昇温が遅れる。これに伴い、図２（Ｃ）に示すように、第１触媒コンバータ３２の温度が第２触媒コンバータ３３の温度よりも高い状態が一時的に生ずる。そして、一般に微粒子物質ＰＭの残存量が多い状況下で未燃燃料を供給し続けた場合には下流側の部位ほど温度が高くなる温度分布となるところ、ここでは燃料供給サイクルが繰り返されることで、第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３の温度分布は図２（Ｄ）に示すように、上下流のどの部位においても同程度となる。

バーンアップ触媒再生処理には、２つの態様（第１バーンアップ触媒再生処理、第２バーンアップ触媒再生処理）が設定されている。第１バーンアップ触媒再生処理では、推定堆積量ＰＭｓｍを増量補正することで、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭを燃焼し尽くす燃料量よりもわずかに多い量の未燃燃料を供給する。これに対し、第２バーンアップ触媒再生処理では、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭの量に拘わらず所定の量の未燃燃料を供給する。同一の触媒再生制御モードでは、いずれか一方の態様に従ってバーンアップ触媒再生処理を行う。どちらの態様を行うかは、排気通路１４における第２触媒コンバータ３３よりも上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰによる。差圧ΔＰが所定値（判定値Ｄｐ）以上の場合には、比較的多くの微粒子物質ＰＭが第２触媒コンバータ３３に燃え残っていて圧力損失が大きくなっていると考えられる。これに対し、差圧ΔＰが判定値Ｄｐ未満の場合には、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭが少なく圧力損失が小さくなっていると考えられる。そこで、前者の場合には第１バーンアップ触媒再生処理を行い、後者の場合には第２バーンアップ触媒再生処理を行うようにしている。

上記硫黄被毒回復制御モードとは、第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３内のＮＯｘ吸蔵還元触媒が硫黄酸化物ＳＯｘによって被毒されて窒素酸化物ＮＯｘの吸蔵能力が低下した場合に硫黄酸化物ＳＯｘを放出させる制御を行うモードである。

上記ＮＯｘ還元制御モードとは、第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３内のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物ＮＯｘを、窒素Ｎ2 、二酸化炭素ＣＯ2 及び水Ｈ2 Ｏに還元して放出するモードである。このモードでは、排気燃料添加弁３１からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、触媒温度が比較的低温（例えば２５０〜５００℃）となる。これ以外の状態が通常制御モードとなり、このモードでは排気燃料添加弁３１からの還元剤添加はなされない。

次に、前記のように構成された本実施形態の作用について説明する。図３のフローチャートは、電子制御装置４１により実行される処理のうち、上記触媒再生制御モード時において通常の触媒再生処理が開始された後に行われる触媒再生制御ルーチンを示している。

この触媒再生制御ルーチンでは、電子制御装置４１はまずステップ１００において、通常の触媒再生処理からバーンアップ触媒再生処理への移行条件が成立しているかどうかを判定する。同移行条件は、「推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍ以下である」ことである。移行判定値ＢＵｐｍは、上記開始判定値ＰＭｓｔａｒｔよりも十分に小さく、かつ終了判定値ＰＭｅｎｄよりもわずかに大きな値（例えば「０．３５〔ｇ〕）に設定されている。

ステップ１００の処理は、表現を変えると、通常の触媒再生処理による微粒子物質ＰＭの燃焼除去が終了するタイミング又はその直前のタイミングであるかどうかを推定堆積量ＰＭｓｍに基づいて判定する処理ともいえる。これは、第２触媒コンバータ３３では微粒子物質ＰＭの堆積が進行するに従いその堆積量が増大し、微粒子物質ＰＭの燃焼除去が進行すると堆積量が減少するところ、堆積量が「０」又はそれに近い値になれば（ステップ１００：ＹＥＳ）、第２触媒コンバータ３３に堆積した微粒子物質ＰＭが燃焼し尽くした、又はそれに近い状態になっているからである。

ステップ１００の判定条件が満たされていない（ＰＭｓｍ＞ＢＵｐｍ）と、ステップ１１０において、今回の触媒再生制御モード中に推定堆積量ＰＭｓｍを補正したことがあるかどうか（補正履歴の有無）を判定する。この推定堆積量ＰＭｓｍの補正の詳細については後述する。ステップ１１０の判定条件が満たされていない（捕集履歴無し）と、ステップ１２０へ移行して通常の触媒再生処理を行う。上述したように、この通常の触媒再生処理では、空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも高い状態で、排気燃料添加弁３１からの燃料添加を継続的に繰り返す。上記ステップ１２０の処理により触媒温度が高温化（例えば、６００〜７００℃）して、第２触媒コンバータ３３に堆積した微粒子物質ＰＭが燃焼除去されて、その第２触媒コンバータ３３が再生される。これに伴い上記式（１）における酸化量ＰＭｃがエンジン排出量ＰＭｅがよりも多くなって（ＰＭｅ＜ＰＭｃ）、推定堆積量ＰＭｓｍが次第に少なくなる。そして、ステップ１２０の処理を経た後に触媒再生制御ルーチンを一旦終了する。

推定堆積量ＰＭｓｍが次第に減少することによりステップ１００の判定条件が満たされる（ＰＭｓｍ≦ＢＵｐｍ）と、すなわち、通常の触媒再生処理からバーンアップ触媒再生処理への移行条件が成立すると、ステップ１３０へ移行する。ステップ１３０では、第１及び第２のいずれのバーンアップ触媒再生処理を行うかを判定する。この判定は、前述したように差圧ΔＰと判定値Ｄｐとを比較することにより行われる。なお、ここでの比較には、差圧ΔＰをそのまま用いるのではなく、差圧ΔＰと吸入空気量ＧＡとの比（＝ΔＰ／ＧＡ）を用いる。これは、差圧ΔＰの吸入空気量ＧＡからの影響を排除するためである。すなわち、吸入空気量ＧＡが多くなるに従い第２触媒コンバータ３３での圧力損失が増加して差圧ΔＰが増加する。そのため、吸入空気量ＧＡで除した値（＝ΔＰ／ＧＡ）を用いることで、吸入空気量ＧＡの多少に拘わらず正確な比較を行うことが可能となる。ここでは、判定値Ｄｐとして一定の値が用いられている。

なお、吸入空気量ＧＡを排気流量に変更し、（ΔＰ／排気流量）を判定値Ｄｐとの比較に用いる方が実際には適合する。しかし、吸入空気量ＧＡが排気流量と正比例関係にあることから、上記のように（ΔＰ／ＧＡ）を用いても精度上問題となることはない。

ステップ１３０の判定条件が満たされている（（ΔＰ／ＧＡ）≧Ｄｐ）と、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭの量が比較的多いと考えられることから、ステップ１４０〜１６０において第１バーンアップ触媒再生処理を行う。詳しくは、まずステップ１４０では、第１バーンアップ触媒再生処理による推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正を行った回数が、所定の停止判定回数Ｎｐ（例えば、２回）以下であるかどうかを判定する。この判定条件が満たされていると、ステップ１５０において、所定の増量変換値ＵＰｐｍを推定堆積量ＰＭｓｍとして設定する。ただし、増量変換値ＵＰｐｍは移行判定値ＢＵｐｍよりも大きな一定の値である。このようにして、当初、移行判定値ＢＵｐｍ以下であった推定堆積量ＰＭｓｍを、補正により、同移行判定値ＢＵｐｍよりも大きな増量変換値ＵＰｐｍに変更（かさ上げ）する。そして、ステップ１６０において、この補正後の推定堆積量ＰＭｓｍに基づき第１バーンアップ触媒再生処理を行う。すなわち、供給期間と供給停止期間とからなる燃料供給サイクルを実行することで、排気燃料添加弁３１から排気通路１４に未燃燃料を間欠的に供給する。この間欠的な未燃燃料の供給により、第１触媒コンバータ３２の上流端に付着しているデポジット、及び第２触媒コンバータ３３に堆積している微粒子物質ＰＭがともに燃焼除去される。

ステップ１６０の処理を経た後に、続いてステップ１７０において推定堆積量ＰＭｓｍが終了判定値ＰＭｅｎｄよりも多いかどうかを判定する。この判定条件が満たされていない（ＰＭｓｍ≦ＰＭｅｎｄ）と、ステップ１８０においてバーンアップ触媒再生処理（この場合第１バーンアップ触媒再生処理）を終了し、その後に触媒再生制御ルーチンを一旦終了する。これに対し、ステップ１７０の判定条件が満たされている（ＰＭｓｍ＞ＰＭｅｎｄ）と、そのまま触媒再生制御ルーチンを一旦終了する。

なお、ステップ１５０の増量補正により推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍよりも大きくなり、ステップ１６０での第１バーンアップ触媒再生処理を経た後に推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍよりも大きいと、次回の触媒再生制御ルーチン実行時には、ステップ１００の判定条件が満たされなくなる。しかし、ステップ１１０の判定条件が満たされる。この場合には、ステップ１６０へ移行して前述した第１バーンアップ触媒再生処理を行う。ステップ１６０の処理を経た後、ステップ１７０→リターン、又はステップ１７０→１８０→リターンの順に処理を行う。

そして、ステップ１６０での第１バーンアップ触媒再生処理により再び推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍ以下になると、前述したステップ１３０〜１８０の処理を行う。これらの処理により、再び補正により増量変換値ＵＰｐｍが推定堆積量ＰＭｓｍとして設定され、第１バーンアップ触媒再生処理が行われる。このようにして、推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正により、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭを燃焼し尽くす燃料量よりもわずかに多い量の未燃燃料が供給される。

ただし、ステップ１５０での推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正は停止判定回数Ｎｐを越える回数行われることはない。ステップ１４０の判定条件が満たされなくなるからである。この場合（ステップ１４０：ＮＯ）には、上述したステップ１５０の処理（推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正）を行うことなくステップ１６０へ移行し、第１バーンアップ触媒再生処理を行う。ステップ１６０以降の処理については前述したものと同様である。

これに対し、ステップ１３０の判定条件が満たされていない（（ΔＰ／ＧＡ）＜Ｄｐ）と、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭの量が少ないと考えられる。この場合には、ステップ１９０において、今回の触媒再生制御モード中に上記第１バーンアップ触媒再生処理を行った履歴が有るかどうかを判定する。この判定条件が満たされていると、ステップ２００において第２バーンアップ触媒再生処理を行う。すなわち、供給期間と供給停止期間とからなる燃料供給サイクルを予め設定された所定回数（例えば３回）実行することで、第２触媒コンバータ３３に燃え残っている微粒子物質ＰＭの量に拘わらず所定量の未燃燃料を排気燃料添加弁３１から排気通路１４に間欠的に供給する。この間欠的な未燃燃料の供給により、第１触媒コンバータ３２の上流端に付着しているデポジット、及び第２触媒コンバータ３３に堆積している微粒子物質ＰＭが燃焼除去される。なお、第２バーンアップ触媒再生処理において、燃料供給サイクルの実行回数を所定回数に制限したのは、未燃燃料の供給がいたずらに継続されるのを抑制するためである。

そして、ステップ２００の処理を経た後に、前記ステップ１８０で第２バーンアップ触媒再生処理を終了し、触媒再生制御ルーチンを一旦終了する。また、ステップ１９０の判定条件が満たされていない場合、すなわち、既に第１バーンアップ触媒再生処理を行った履歴がある場合には、前記ステップ１６０へ移行する。

上記触媒再生制御ルーチンでは、電子制御装置４１によるステップ１００の処理が予測手段に相当し、ステップ１６０，２００の処理が予測後供給手段に相当し、ステップ１３０の処理が比較手段に相当する。

上述した触媒再生制御ルーチンに従って各処理が行われると、通常の触媒再生処理の開始後に推定堆積量ＰＭｓｍは例えば図４に示すように変化する。
タイミングｔ１よりも前に推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍよりも多く、推定堆積量ＰＭｓｍを補正した履歴がないと、触媒再生制御ルーチンではステップ１００→１１０→１２０→リターンの順に処理が行われ、通常の触媒再生処理が行われる。排気燃料添加弁３１から未燃燃料が連続して添加されて第２触媒コンバータ３３に堆積している微粒子物質ＰＭが燃焼され、推定堆積量ＰＭｓｍが減少する。

この減少により、タイミングｔ１で推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍになってステップ１００の判定条件が満たされると、ステップ１３０以降の処理が行われる。この際、第２触媒コンバータ３３に微粒子物質ＰＭが比較的多く残っていて、（ΔＰ／ＧＡ）が判定値Ｄｐ以上であると、ステップ１３０→１４０→１５０→１６０→１７０→リターンの順に処理が行われる。これら一連の処理により、一旦移行判定値ＢＵｐｍにまで減少した推定堆積量ＰＭｓｍが増量補正され、その移行判定値ＢＵｐｍよりも大きな増量変換値ＵＰｐｍに変更される。そして、この大きくなった推定堆積量ＰＭｓｍに基づいて第１バーンアップ触媒再生処理が行われる。排気燃料添加弁３１から未燃燃料が間欠的に添加されて、第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３が昇温し、第１触媒コンバータ３２の上流端のデポジット、及び第２触媒コンバータ３３に残っている微粒子物質ＰＭが燃焼される。そのため、推定堆積量ＰＭｓｍが再び減少する。

なお、ステップ１５０の処理により、タイミングｔ１の次の制御周期においてはステップ１００の判定条件が満たされなくなる。この場合には、ステップ１１０の判定条件が満たされるため、ステップ１００→１１０→１６０→１７０→リターンの順に処理が行われる。従って、タイミングｔ１以降、増量変換値ＵＰｐｍに増量補正された推定堆積量ＰＭｓｍが減少する。

タイミングｔ２で推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍになってステップ１００の判定条件が再び満たされると、ステップ１３０以降の処理が行われる。この際、第２触媒コンバータ３３に微粒子物質ＰＭがほとんど残っていなくて、（ΔＰ／ＧＡ）が判定値Ｄｐ未満であると、ステップ１３０→１９０→１６０→１７０→リターンの順に処理が行われる。この場合、推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正は行われず、図４において二点鎖線で示すように推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍよりもさらに少なくなる。そして、タイミングｔ３でステップ１７０の判定条件が満たされると、ステップ１７０→１８０→リターンの順に処理が行われて第２バーンアップ触媒再生処理が終了される。

これに対し、タイミングｔ２でステップ１３０の判定条件が満たされた際に、第２触媒コンバータ３３に微粒子物質ＰＭが比較的多く残っていて、（ΔＰ／ＧＡ）が判定値Ｄｐ以上であると、前述したタイミングｔ１〜ｔ２の期間について説明したものと同様の順に処理が行われる。その結果、図４において実線で示すように、タイミングｔ２で推定堆積量ＰＭｓｍが増量変換値ＵＰｐｍに増量補正され、その後に推定堆積量ＰＭｓｍが減少してゆく。

タイミングｔ４でステップ１００の判定条件が満たされた際に（ΔＰ／ＧＡ）が判定値Ｄｐ以上であっても、過去のＮｐ回にわたる補正によりステップ１４０の判定条件が満たされない。そのため、この場合には、ステップ１４０→１６０→１７０→リターンの順に処理が行われ、推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正は行われない。推定堆積量ＰＭｓｍはタイミングｔ４以降も減少し続ける。そして、タイミングｔ５でステップ１７０の判定条件が満たされると、ステップ１７０→１８０→リターンの順に処理が行われて第１バーンアップ触媒再生処理が終了される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）微粒子物質ＰＭの燃焼除去を目的として供給される未燃燃料は、第１触媒コンバータ３２の上流端に付着しやすい。こうした未燃燃料を完全に燃焼し尽くすことは難しくデポジットとして残る場合がある。このデポジットは第１触媒コンバータ３２の反応性を低下させ、第２触媒コンバータ３３での微粒子物質ＰＭの燃え残りを誘発する。

この点、本実施形態では第２触媒コンバータ３３の再生に際し、微粒子物質ＰＭの燃焼除去の終了を予測すると、その予測後にも未燃燃料を供給するようにしている。この未燃燃料により、第２触媒コンバータ３３の燃え残りの微粒子物質ＰＭを完全に燃焼除去することが可能となる。そのため、この燃え残りの微粒子物質ＰＭが除去されずに次回の第２触媒コンバータ３３の再生時まで残り続けることによる不具合、すなわち、次回再生時に微粒子物質ＰＭが一気に燃焼して第２触媒コンバータ３３の温度が過剰に上昇する現象を抑制することができる。

（２）第２触媒コンバータ３３への微粒子物質ＰＭの堆積が進行するに従いその堆積量が増大する反面、未燃燃料による微粒子物質ＰＭの燃焼除去が進行するに従い微粒子物質ＰＭの堆積量が減少する。そして、堆積量が「０」になれば、第２触媒コンバータ３３に堆積した微粒子物質ＰＭが燃焼し尽くしたと考えられる。

この点、本実施形態では第２触媒コンバータ３３に堆積している微粒子物質ＰＭの堆積量（推定堆積量ＰＭｓｍ）をエンジン１０の運転状態に基づいて算出し、その推定堆積量ＰＭｓｍと「０」よりもわずかに大きな値（移行判定値ＢＵｐｍ）とを比較している。そのため、比較の結果、推定堆積量ＰＭｓｍが移行判定値ＢＵｐｍ以下である場合に微粒子物質ＰＭの燃焼除去が終了間近であることを予測することができる。

（３）未燃燃料を燃料供給サイクルに基づいて排気通路１４に間欠的に供給することで、初回の供給期間に供給される未燃燃料の燃焼に伴い発生する熱を、第１触媒コンバータ３２の上流端の昇温に消費し、その分、第２触媒コンバータ３３の昇温を遅らせるようにしている。そのため、図２（Ｃ）に示すように、初回の燃料供給サイクルにおける供給期間の直後には第１触媒コンバータ３２の温度が第２触媒コンバータ３３の温度よりも一時的に高くなる。そして、燃料供給サイクルを繰り返すことで、図２（Ｄ）に示すように、第１触媒コンバータ３２及び第２触媒コンバータ３３の上下流方向の部位に拘わらず同程度の温度分布となる。結果として、第２触媒コンバータ３３の熱による劣化を抑制しつつ、第１触媒コンバータ３２のデポジット、及び第２触媒コンバータ３３での燃え残りの微粒子物質ＰＭをともに燃焼除去することができる。

（４）微粒子物質ＰＭの燃焼除去の終了を予測した場合（ステップ１００：ＹＥＳ）、（ΔＰ／ＧＡ）と判定値Ｄｐとを比較し、その比較結果に応じて排気通路１４への未燃燃料の供給態様を切り替えるようにしている。従って、常に単一の態様で未燃燃料を供給する場合に比べ、第２触媒コンバータ３３での微粒子物質ＰＭの燃え残り量に応じた適切な態様での燃焼除去が可能となる。

（５）上記（４）に関連するが、（ΔＰ／ＧＡ）≧Ｄｐの場合（ステップ１３０：ＹＥＳ）には、微粒子物質ＰＭの燃焼除去が終了したと予測された後も未だある程度の微粒子物質ＰＭが第２触媒コンバータ３３に残存していると考えられる。この場合には、第１バーンアップ触媒再生処理（ステップ１６０）を行うことで、第２触媒コンバータ３３に残存している微粒子物質ＰＭを燃焼し尽くす燃料量よりもわずかに多い量の未燃燃料を供給するようにしている。表現を変えると、第２触媒コンバータ３３に残存している微粒子物質ＰＭを燃焼し尽くす燃料供給サイクルの持続時間よりもわずかに長く未燃燃料の供給を持続するようにしている。この供給により、第２触媒コンバータ３３に残存している微粒子物質ＰＭを確実に燃焼除去することができる。

（６）一方、（ΔＰ／ＧＡ）＜Ｄｐの場合（ステップ１３０：ＮＯ）には、微粒子物質ＰＭの燃焼除去が終了したと予測された後に第２触媒コンバータ３３に残存している微粒子物質ＰＭの量がわずかであると考えられる。この場合には、第２バーンアップ触媒再生処理（ステップ２００）を行うことで、残存している微粒子物質ＰＭの量に拘わらず所定の量の未燃燃料を供給するようにしている。この供給により第２触媒コンバータ３３に残存している微粒子物質ＰＭを燃焼除去できる。

（７）第２バーンアップ触媒再生処理（ステップ２００）において、燃料供給サイクルの実行回数を所定回数（３回）に制限している。このため、供給される未燃燃料の量を制限し、未燃燃料の供給がいたずらに継続されることによる燃費悪化を抑制することができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、希薄燃焼式ガソリンエンジン等について同様な触媒構成を採用した場合にも適用できる。

・図３のステップ１３０における判定値Ｄｐとして、一定の値に代えて可変値を用いてもよい。この場合、例えば、図５に示すように、吸入空気量ＧＡと判定値Ｄｐの関係を予め規定したマップを用いることができる。このマップでは、判定値Ｄｐは吸入空気量ＧＡが多い領域では小さく、吸入空気量ＧＡが少なくなるに従い大きくなるような設定がされている。これは、吸入空気量ＧＡが少なくなるに従いエアフロメータ１６の検出精度が低下するおそれがあるためである。従って、このマップから求めた判定値Ｄｐを用いることで誤判定を抑制することができる。

・図３のステップ１５０の処理として、前記実施形態とは異なる態様で推定堆積量ＰＭｓｍを増量補正してもよい。例えば、推定堆積量ＰＭｓｍを、微粒子物質ＰＭの燃え残りの程度に応じて異なる値で増量補正してもよい。

ここで、前述した（ΔＰ／ＧＡ）は、圧力から推定される微粒子物質ＰＭの堆積量（詰まり量）の代用値であるともいえる。（ΔＰ／ＧＡ）が大きいほど微粒子物質ＰＭの堆積量が多くなる。従って、推定堆積量ＰＭｓｍの増量補正に用いる値を例えば増量補正値ＰＭａｄｄとすると、図６のマップに示すように、（ΔＰ／ＧＡ）が大きくなるに従い増量補正値ＰＭａｄｄを大きくしてもよい。そして、ステップ１５０では前回の推定堆積量ＰＭｓｍにこの増量補正値ＰＭａｄｄを加算して、その加算結果を新たな（今回の）推定堆積量ＰＭｓｍとする。こうして得られた推定堆積量ＰＭｓｍは実際の堆積量により近いものとなる。

・ステップ１３０において、（ΔＰ／ＧＡ）と判定値Ｄｐとの比較に代えて、差圧ΔＰと、排気流量（又は吸入空気量ＧＡ）に応じて大きく設定される値（例えばＤｐ×ＧＡ）とを比較してもよい。

・本発明は、第２触媒コンバータ３３の上流に第１触媒コンバータ３２が配置されていない排気浄化装置にも適用可能である。この場合、第１触媒コンバータ３２に代えて第２触媒コンバータ３３の上流端に未燃燃料が付着してデポジットとして残り、第２触媒コンバータ３３での微粒子物質ＰＭの燃え残りを誘発する。しかし、前記実施形態と同様に、微粒子物質ＰＭの燃焼除去の終了が予測された後にもバーンアップ触媒再生処理を行うことで、第２触媒コンバータ３３の燃え残りの微粒子物質ＰＭを完全に燃焼除去することができる。

・排気浄化装置では、第２触媒コンバータ３３への微粒子物質ＰＭの堆積が進行するに従い、この微粒子物質ＰＭが排気の流れの妨げとなり、排気の流動抵抗が増加する。これに伴い、排気通路１４における第２触媒コンバータ３３よりも上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰが大きくなる。この差圧ΔＰは、未燃燃料による微粒子物質ＰＭの燃焼除去が進行して、第２触媒コンバータ３３に堆積している微粒子物質ＰＭの量が減少するに従い小さくなる。この点を考慮し、推定堆積量ＰＭｓｍに代えて差圧ΔＰを用いて微粒子物質ＰＭの燃焼除去の終了を予測してもよい。この場合、差圧ΔＰと所定値とを比較し、差圧ΔＰが所定値未満である場合に燃焼除去の終了とする。

さらには、推定堆積量ＰＭｓｍ及び差圧ΔＰの両方に基づいて微粒子物質ＰＭの燃焼除去の終了を予測するようにしてもよい。
・第２バーンアップ触媒再生処理（ステップ２００）において、燃料供給サイクルの実行回数を差圧ΔＰの程度に応じて変更するようにしてもよい。

本発明の内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施形態についてその構成を示す略図。 （Ａ）は排気通路における第１及び第２触媒コンバータの位置関係を示す説明図、（Ｂ）〜（Ｄ）はその温度分布を示すグラフ。 触媒再生制御ルーチンを示すフローチャート。 推定堆積量ＰＭｓｍの変化の一態様を示すタイムチャート。 別の実施形態において判定値Ｄｐの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。 別の実施形態において増量補正値ＰＭａｄｄの決定に用いられるマップのマップ構造を示す略図。

符号の説明

１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…排気浄化装置、１４…排気通路、３２…第１触媒コンバータ（排気浄化触媒）、３３…第２触媒コンバータ（捕集器）、３８…差圧センサ（差圧検出手段）、４１…電子制御装置（予測手段、予測後供給手段、堆積量推定手段、比較手段）、Ｄｐ…判定値（所定値）、ＰＭ…微粒子物質、ΔＰ…差圧。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に微粒子物質の捕集器を設け、未燃燃料を前記排気通路に供給して同捕集器に堆積した微粒子物質を燃焼除去することにより同捕集器を再生させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、
   前記微粒子物質の燃焼除去の終了を予測する予測手段と、
   前記予測手段による予測後に前記排気通路に未燃燃料を供給する予測後供給手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記内燃機関の運転状態に基づき前記捕集器での微粒子物質の堆積量を推定する堆積量推定手段をさらに備え、
   前記予測手段は、前記堆積量推定手段による微粒子物質の堆積量に基づいて、前記微粒子物質の燃焼除去の終了を予測するものである請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気通路における前記捕集器よりも上流側の排気圧力と、同捕集器よりも下流側の排気圧力との差圧を検出する差圧検出手段をさらに備え、
   前記予測手段は、前記差圧検出手段による差圧に基づいて、前記微粒子物質の燃焼除去の終了を予測するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気通路の前記捕集器よりも上流に設けられた排気浄化触媒をさらに備え、前記未燃燃料は前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流に供給される請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記未燃燃料は、供給期間及び供給停止期間からなる燃料供給サイクルに基づき間欠的に前記排気通路に供給される請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記排気通路における前記捕集器よりも上流側の排気圧力と、同捕集器よりも下流側の排気圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記予測手段による終了予測時における前記差圧検出手段による差圧と所定値とを比較する比較手段と
   をさらに備え、前記予測後供給手段は、前記比較手段による比較結果に応じて排気通路への未燃燃料の供給態様を切り替えるものである請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記予測後供給手段は、前記比較手段により前記差圧が所定値以上であると判定されたときには、前記捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす燃料量よりもわずかに多い量の未燃燃料を供給する一方、前記差圧が前記所定値未満であると判定されたときには、所定の量の未燃燃料を供給するものである請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記未燃燃料は、供給期間及び供給停止期間からなる燃料供給サイクルに基づき前記排気通路に供給され、
   前記予測後供給手段は、前記比較手段により前記差圧が所定値以上であると判定されたときには、前記捕集器に残存している微粒子物質を燃焼し尽くす前記燃料供給サイクルの持続時間よりもわずかに長く前記未燃燃料の供給を持続する一方、前記差圧が前記所定値未満であると判定されたときには、前記燃料供給サイクルを所定回数行うものである請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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